基于贝叶斯模型的中国未来气温变化预估及不确定性分析

利用第5次耦合模式比较计划(CMIP5)中35个全球气候模式历史模拟与RCP4.5预估结果,通过贝叶斯模型平均(Bayesian Model Averaging,BMA)对中国气温进行多模式集合研究,给出了中国未来气温变化预估及其不确定性的时空分布。结果表明,中国21世纪冬夏将持续升温,且升温具有冬季高于夏季,北方高于南方的特点。初期(2016—2035年)北方有很大可能(80%)升温超过0.7℃,南方升温相同幅度的概率则超过50%;中期(2046—2065年)北方和南方升温超过1.5℃的概率分别为80%和50%;末期(2081—2100年),北方(南方)有80%(50%)的可能的升温超过2℃。气温预估的不确定性研究发现,无论冬夏,21世纪不同时期升温相对较弱的塔里木盆地、青藏高原南侧和中国东南地区为不确定性低值区,基本低于0.6℃,对应可信度较高,如21世纪初期信噪比超过4;而不确定性的高值区则主要分布在新疆北部、东北平原北部和青藏高原东南侧等升温相对较大的地区,普遍高于1℃,对应可信度较低,如初期信噪比低于2.5。此外,基于信噪比对比发现除青藏高原东部外,其他区域夏季预估的可信度均高于冬季,21世纪末期高于初期,且空间分布特征一致。     

CMIP5模式对中国近海海表温度的模拟及预估

基于观测和再分析资料;利用多种指标和方法评估了国际耦合模式比较计划（CMIP5）中21个模式对中国近海海温的月、季节和年际变化模拟能力。多模式集合能够再现气候平均意义下近海海温的空间分布特征;但量值上存在一定的低估。在渤海和黄海;集合平均与观测差别比较明显。在年际尺度上;与观测数据对比;模式模拟海温与Niño3指数相关性较小。中国近海海表面温度在1960-2002年有明显的升高趋势;从2003年开始增温趋缓。评估结果表明;ACCESS1.0、BCC-CSM1.1、HadGEM2-ES、IPSL-CM5A-MR、CMCC-CM、FGOALS-g2、CNRM-CM5-2、INMCM4八个模式对中国近海海温的变化有较好的模拟能力。利用ACCESS1.0、INMCM4、BCC-CSM1.1、IPSL-CM5A-MR、CMCC-CM这5个模式结果对中国近海海温未来的变化进行了预估。在RCP4.5、RCP8.5情景下;未来近100年中国近海海温有明显升高趋势;最优模式多模式集合平均增温分别可达到1.5℃、3.3℃;净热通量变化和平流变化共同促进了东海升温。     

CMIP5地球系统模式溶解氧模拟结果分析

本文基于常用的统计方法,通过与WOA09观测的海洋溶解氧浓度数据进行比较,定量地评估了9个CMIP5地球系统模式在历史排放试验中海洋溶解氧气候态特征的模拟能力。在海表,由于地球系统模式均能很好地模拟海表温度（SST）,模式模拟的海表溶解氧浓度分布与观测一致,模拟结果无论是全球平均浓度偏差还是均方根误差均接近0,空间相关系数与标准偏差接近1。在海洋中层以及深层这些重要水团所在的区域,各模式的模拟能力则差异较大,尤其在溶解氧低值区（OMZs）所在的500m到1000m,各模式均出现全球平均偏差、均方根误差的极大值以及空间相关系数的极小值。在海洋内部,模式偏差的原因比较复杂。经向翻转环流和颗粒有机碳通量均对模式的偏差有贡献。分析结果表明物理场偏差对溶解氧偏差的贡献较大。一些重要水团,比如北大西洋深水,南极底层水以及北太平洋中层水在极大程度上影响了溶解氧在这些海区的分布。需要指出的是,虽然在海洋内部各模式模拟的溶解氧浓度偏差较大,但是多模式平均结果却能表现出与观测较好的一致性。     

模式内部变率引起的1.5℃和2℃升温阈值出现时间模拟的不确定性研究

模式内部变率是模拟结果不确定性的重要来源,然而它对于1.5℃和2℃升温阈值出现时间不确定性的影响尚不清楚。因此,基于耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的多模式数据研究了模式内部变率对1.5℃和2℃升温阈值出现时间不确定性的影响以及对未来排放情景的敏感性。结果表明,模式内部变率对升温阈值出现时间模拟的影响与外强迫的影响相当,单个模式内部不同成员达到全球平均1.5℃或2℃增温的年份相差2~12年;其影响具有明显的空间差异,影响极大值出现在欧亚大陆以北洋面、白令海峡周围区域、北美东北部及其与格陵兰岛之间的海域、南半球高纬地区等;低排放情景下模式内部变率的影响大于高排放情景。     

NEX-GDDP和CMIP5对青藏高原地区近地面气象场历史和未来模拟的评估与偏差校正

青藏高原是全球变化研究的热点区域,气候模式模拟是研究该区域气候变化的重要数据来源.本文使用基于中国地面台站的插值格点数据集(CN05.1),对国际气候耦合模式第5次比较计划(CMIP5)及其高分辨率统计降尺度数据集(NEX-GDDP)中15个模式1966-2005年间的逐日最高/最低气温、降水和平均风速在青藏高原区域的...     

基于CMIP6强迫模拟分析人为气溶胶的气候效应(一)——介绍NUIST模式评估结果

为减少不同气候模式评估气溶胶气候效应的差异,第六次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)直接给定了人为气溶胶强迫数据。因此,有必要基于此强迫数据重新评估气溶胶气候效应。本研究首先将CMIP6给出的描述人为气溶胶强迫的模块引入南京信息工程大学(Nanjing University of Information Science and Technology,NUIST)的地球系统模式(The NUIST Earth System Model,NESM)。之后,利用NESM模式评估地球辐射收支平衡对此人为气溶胶强迫的响应,并分析模式模拟结果的不确定性。评估给出的人为气溶胶有效辐射强迫为-0. 45(±0. 28) W·m~(-2)。其中,气溶胶直接辐射效应为-0. 34(±0. 01) W·m~(-2),与第二次气溶胶比较计划(The second phase of Aerosol Comparisons between Observations and M odels,Aero ComⅡ)的评估结果基本一致;气溶胶对云辐射强迫的影响(包括半直接效应和间接效应)为-0. 10(±0. 30) W·m~(-2),明显受到模式内部变率的干扰,具有较大的不确定性。     

Future Changes in Extreme High Temperature over China at 1.5℃-5℃ Global Warming Based on CMIP6 Simulations

Extreme high temperature(EHT)events are among the most impact-related consequences related to climate change,especially for China,a nation with a large population that is vulnerable to the climate warming.Based on the latest Coupled Model Intercomparison Project Phase 6(CMIP6),this study assesses future EHT changes across China at five specific global warming thresholds(1.5℃-5℃).The results indicate that global mean temperature will increase by 1.5℃/2℃ before 2030/2050 relative to pre-industrial levels(1861-1900)under three future scenarios(SSP1-2.6,SSP2-4.5,and SSP5-8.5),and warming will occur faster under SSP5-8.5 compared to SSP1-2.6 and SSP2-4.5.Under SSP5-8.5,global warming will eventually exceed 5℃ by 2100,while under SSP1-2.6,it will stabilize around 2℃ after 2050.In China,most of the areas where warming exceeds global average levels will be located in Tibet and northern China(Northwest China,North China and Northeast China),covering 50%-70%of the country.Furthermore,about 0.19-0.44 billion people(accounting for 16%-41%of the national population)will experience warming above the global average.Compared to present-day(1995-2014),the warmest day(TXx)will increase most notably in northern China,while the number of warm days(TX90p)and warm spell duration indicator(WSDI)will increase most profoundly in southern China.For example,relative to the present-day,TXx will increase by 1℃-5℃ in northern China,and TX90p(WSDI)will increase by 25-150(10-80)days in southern China at 1.5℃-5℃ global warming.Compared to 2℃-5℃,limiting global warming to 1.5℃ will help avoid about 36%-87%of the EHT increases in China.     

CMIP5模式对南海SST的模拟和预估

分析了32个CMIP5模式对南海历史海表温度(SST)的模拟能力和不同排放情景下未来SST变化的预估。通过检验各气候模式对南海历史SST增温趋势和均方差的模拟,发现大部分模式都能较好地模拟出南海20世纪历史SST的基本特征和变化规律,但也有部分模式的模拟存在较大偏差。尽管这些模拟偏差较大的模式对SST多模式集合平均的影响不大,但会增加未来情景预估的不确定性。剔除15个模式后,分析了南海SST在RCP26、RCP45和RCP85三种排放情景下的变化趋势,发现在未来百年呈明显的增温趋势,多模式集合平均的增温趋势分别为0.42、1.50和3.30℃/(100a)。这些增温趋势在空间上变化不大,但随时间并不是均匀变化的。在前两种排放情景下,21世纪前期的增温趋势明显强于后期,而在RCP85情景下,21世纪后期的增温趋势强于前期。     

CMIP5气候模式下淡水通量变化

基于全球降水气候态计划(GPCP)的降水资料和美国伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)的客观分析海气通量(OAFlux)的蒸发数据,对CMIP5的13个耦合模式的淡水通量历史模拟结果进行评估。结果表明:模式能够模拟出淡水通量的气候态空间分布,但普遍存在双热带辐合带(ITCZ)现象,热带海域是模式模拟不确定性最大的区域。模式能较好模拟出纬向平均的淡水通量的分布特征,但量值较实测偏小,且由于模式对1月10°S附近淡水通量的模拟过低,导致年平均的赤道和10°S之间的淡水通量模拟存在明显的偏差。季节尺度上,模式对北半球淡水通量的变化特征有很好的模拟能力,但对南半球的模拟能力不足。年际尺度上,模式普遍能够刻画ENSO引起的淡水通量在太平洋中部同西太平洋以及印尼贯通流反相变化的空间分布特征,但是时间特征模拟很差。从各个方面评估模式的历史模拟结果,多模式集合的结果都要优于单个模式的结果。全球变暖背景下,未来淡水通量变化最显著的区域位于热带和亚热带区域。原本蒸发(降水)占主导的海域,蒸发(降水)更强。不同气候情景下,淡水通量变化的空间形态没有显著变化,但RCP8.5气候情景下模拟的淡水通量变化幅度及模式间变化的一致性均强于RCP4.5的结果。